(57)【要約】【課題】放熱性の向上、製造工程の簡略化、および製造工程におけるハンドリングに優れた放熱板、放熱モジュール、半導体実装モジュール、および半導体装置を提供すること。【解決手段】本発明の放熱板１は、金属、又は金属にセラミックを分散してなる金属・セラミック複合材を含むヒートシンク材２と、前記ヒートシンク材２の両面に接合されたセラミック基板３とを備えて成り、前記ヒートシンク材２の端面が、前記セラミック基板３の端面より突出し、又は、面一である。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属、又は金属にセラミックを分散してなる金属・セラミック複合材を含むヒートシンク材と、前記ヒートシンク材の両面に接合されたセラミック基板とを備えて成り、
前記ヒートシンク材の端面が、前記セラミック基板の端面より突出し、又は、面一であることを特徴とする放熱板。
【請求項２】
前記ヒートシンク材は、その金属がＣｕ及び／又はＡｌを含むことを特徴とする前記請求項１記載の放熱板。
【請求項３】
前記セラミック基板は、チッ化珪素、酸化アルミニウム、チッ化アルミニウム、及び炭化珪素から選択される少なくともいずれか１種を焼結させて成ることを特徴とする前記請求項１又は請求項２に記載の放熱板。
【請求項４】
前記セラミック基板は、前記ヒートシンク材上に、熱処理により接合されて成ることを特徴とする前記請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の放熱板。
【請求項５】
前記請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の放熱板と、
少なくとも一方の前記セラミック基板の、前記ヒートシンク材とは反対側の表面に、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＷから選択される少なくともいずれか１種により形成されて成る金属層とを備えて成ることを特徴とする放熱モジュール。
【請求項６】
前記金属層は、前記放熱板上に、熱処理により形成されて成ることを特徴とする前記請求項５に記載の放熱モジュール。
【請求項７】
前記請求項５又は請求項６に記載の放熱モジュールと、
前記金属層上に接合された半導体素子とを備えて成ることを特徴とする半導体実装モジュール。
【請求項８】
前記請求項７に記載の半導体実装モジュールと、この半導体実装モジュールを支持するとともに、熱を放出するベースヒートシンクとを備えて成ることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放熱板、放熱モジュール、半導体実装モジュール、及び半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、アルミナ焼結体や、チッ化アルミニウム焼結体、チッ化珪素焼結体などのセラミック基板の表面に、導電性を有する回路金属層を形成し、その上に半導体素子を搭載した回路基板が普及している。その中でも、大電力を消費する半導体素子が搭載されている場合には、半導体素子より生じる熱を放出するために、前記回路金属層だけでなく、セラミック基板上に放熱用の金属層、又はヒートシンクを接合した放熱モジュールが普及している。
【０００３】
半導体素子に対する高電流密度化に伴って、更なる放熱性の向上が、放熱モジュールに要求される。従来のようにセラミック基板に、アルミナを用いた構造よりも、放熱性を向上させるために、セラミック基板として、チッ化珪素を用い、しかもその窒化ケイ素基板の表面にろう付される銅板における所定深さ位置でのユニバーサル硬さを所定の値に調整してなる構造が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、チッ化珪素基板と、前記チッ化珪素基板に接合されたところの、銅又はアルミニウムを主成分とするヒートシンクとを具備する放熱部品が提案されている。この放熱部品では、チッ化珪素基板と、ヒートシンクとは、活性金属法等で接合されており、はんだを有しない接合方法を採用している（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−８５５７１号公報（図１、［００１８］）
【特許文献２】
特開平０９−９７８６５号公報（請求項１、図１、［００２０］）
【０００６】
しかしながら、本願明細書に添付された図９に記載されたように、特許文献１に記載された構造では、放熱性は向上しているものの、この構造を得るまでの工程は▲１▼接合▲２▼エッチング▲３▼ヒートシンクとの半田付となっており、各工程の管理をする上で製造コストが増大するという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２記載の放熱部品では、放熱性が向上し、かつ、一体化の構造を採用しているため、製造コストを低減することができる。しかしながら、特許文献２記載の放熱部品は、本願明細書に添付された図８に示されるように、チッ化珪素基板１４と、このチッ化珪素基板１４の一方の表面に設けられた、銅又はアルミニウムを主成分とする薄い金属層１５と、このチッ化珪素基板１４の他方の表面に設けられたチッ化珪素より厚いヒートシンク１３とを備えて成るので、チッ化珪素基板１４と、金属層１５との熱膨張係数の差により、ヒートシンク１３側に大きく凹状に反り返る問題がある。
【０００８】
そのため、前記放熱部品においては、形成された金属層にパターン形成などを行う工程におけるハンドリングが悪くなり、更にベースヒートシンクを取り付けると、ベースヒートシンク面に対し凸状に反り返っていることから放熱部品とベースヒートシンクとの空隙が大きくなるので、放熱部品として求められる放熱性が十分に得られないという問題が引き続いて起こる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の問題点を解消し、放熱性の向上、製造工程の簡略化、及び製造工程におけるハンドリングに優れた放熱板、放熱モジュール、半導体実装モジュール、及び半導体装置を提供することをその課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の放熱板は、金属、又は金属にセラミックを分散してなる金属・セラミック複合材を含むヒートシンク材と、前記ヒートシンク材の両面に接合されたセラミック基板とを備えて成り、
前記ヒートシンク材の端面が、前記セラミック基板の端面より突出し、又は、面一であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の放熱板では、前記ヒートシンク材は、その金属が、Ｃｕ及び／又はＡｌを含むことが好ましい。
【００１２】
本発明の放熱板では、前記セラミック基板は、チッ化珪素、酸化アルミニウム、チッ化アルミニウム、及び炭化珪素から選択される少なくともいずれか１種を焼結させて成ることが好ましい。
【００１３】
本発明の放熱板では、前記セラミック基板は、前記ヒートシンク材上に、熱処理により接合されて成ることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の放熱モジュールは、前記放熱板と、少なくとも一方の前記セラミック基板の表面に形成されるとともに、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＷから選択される少なくともいずれか１種により形成されて成る金属層とを備えて成ることを特徴とする。
【００１５】
本発明の放熱モジュールでは、前記金属層は、前記放熱板上に、熱処理により形成されて成ることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明の半導体実装モジュールは、前記放熱モジュールと、前記金属層上に接合された半導体素子とを備えて成ることを特徴とする。
【００１７】
そして、本発明の半導体装置は、前記半導体実装モジュールと、前記半導体実装モジュールを支持するとともに、熱を放出するベースヒートシンクとを備えて成ることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［放熱板］
図１及び図２には、本発明の実施形態に係る放熱板１が示されている。放熱板１は、図１、図２に示されるように、ヒートシンク材２と、ヒートシンク材２の両面に接合されたセラミック基板３とを備えて成り、ヒートシンク材２の端面は、セラミック基板３の端面より突出しているか、もしくは、面一である。
【００１９】
ここで、図１は、ヒートシンク材の端面が、セラミック基板の端面より突出している放熱板を示している。また、図２は、ヒートシンク材の端面が、セラミック基板の端面と面一である放熱板を示している。
【００２０】
ヒートシンク材２は、金属、又は金属にセラミックを分散してなる金属・セラミック複合材を含み、好適には金属又は金属・セラミック複合材からなる。
【００２１】
ヒートシンク材２は、Ｃｕ単体でもよく、Ａｌ単体でもよく、Ｃｕ及びＡｌの合金でもよい。また、Ｃｕの合金としては、ＣｕＭｏ、ＣｕＷ、ＣｕＦｅ、ＣｕＡｇ、ＣｕＺｒ等が挙げられる。さらに、Ａｌの合金としては、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｍｎ等との合金が挙げられる。そして、ヒートシンク材２は、上記したＣｕの合金及びＡｌの合金を含んでいても良い。
【００２２】
金属・セラミック複合体におけるセラミックとしては、チッ化珪素、酸化アルミニウム、チッ化アルミニウム、及び炭化珪素等が挙げられる。この金属・セラミック複合体の製造方法としては、例えば、一例として、Ａｌ−ＳｉＣ複合材を例に挙げる。このＡｌ−ＳｉＣ複合材は、まず、多孔質状（スポンジ状）のＳｉＣプリフォームを予め作製し、微量のＳｉ、Ｍｇを含んだＡｌ溶湯を含浸させることにより作製することができる。ヒートシンク材２の厚みとしては、放熱板１の用途により相違するものの、通常、２〜４ｍｍが好適である。
【００２３】
一方、セラミック基板３は、チッ化珪素、酸化アルミニウム、チッ化アルミニウム、及び炭化珪素から選択される少なくともいずれか１種を焼結させて成ることが好ましい。
【００２４】
ここで、焼結の方法としては、雰囲気焼結法、反応焼結法、熱プラズマ焼結法、通電加熱焼結法、多軸通電加熱焼結法、放電プラズマ焼結法、熱間等方加圧式焼結法等が挙げられる。
【００２５】
ここで、セラミック基板３の熱伝導率は、２０〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋの範囲内であることが好ましい。
【００２６】
ここで、セラミック基板３の熱伝導率が、２０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、放熱特性が十分でなくなる場合がある。セラミック基板３の熱伝導率が、２５０Ｗ／ｍ・Ｋを超えると、例えばチッ化アルミニウムにおいては著しい機械特性の低下（強度・靭性）を招き、その結果として、放熱構造を形成した場合の熱サイクル等の熱応力によるセラミック破壊が生じ、最終的には信頼性に問題があるものとなる。
【００２７】
このセラミック基板３は、ヒートシンク材２の両表面上に、熱処理により接合されて成る。
【００２８】
ここで、熱処理の方法としては、ろう材を用いて接合する方法、ＤＢＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｃｏｐｐｅｒ）法、ＳＱ（Ｓｑｕｅｅｚｅ  Ｃａｓｔｉｎｇ）法のような鋳込み法等が挙げられる。
【００２９】
ろう材を用いて接合する方法としては、一般的なＡｇＣｕ共晶組成のろう材にＴｉ、Ｚｒ、Ｖ、及びＨｆ等のようなセラミックに対して活性な金属が添加されている活性ろう材を用いる方法等が挙げられる。または、活性ろう材としては、ＣｕＳｎＴｉ系ろう材等が挙げられる。
【００３０】
ＤＢＣ法とは、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）と、Ｃｕとの接合に関し、ろう材を介さず、直接接合する方法であり、具体的には、アルミナ（酸化アルミニウム）、焼結助剤酸化物、及びＣｕ表面の酸化被膜（ＣｕＯ）と、Ｃｕとの反応により接合するもので、Ｃｕの融点１０８０℃直下で生じるＣｕ−Ｏ共晶反応（温度、約１０６６℃）で接合する方法である。
【００３１】
ＳＱ法とは、例えば、高圧力をかけた鋳込み法による異種材料の接合方法であり、具体的には、鋳型底面にセラミック等を配置し、鋳型に高圧力で溶解した金属を鋳込むことにより接合を行う方法である。かくしてヒートシンク材２の表面に接合されるセラミック基板３の厚みは、この放熱板１の用途により相違するが、通常０．１５〜０．４ｍｍが好適である。
【００３２】
［放熱モジュール］
本発明に係る放熱モジュールは、本発明に係る放熱板と、その放熱板における少なくとも一方のセラミック基板の、前記放熱板におけるヒートシンク材とは反対側の表面に、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＷ（以下において、これら金属を特定金属と称することがある。）から選択される少なくともいずれか１種により形成されて成る金属層５とを備えて成る。
【００３３】
図３及び図４には、本発明の実施形態に係る放熱モジュール４（４Ａ、４Ｂ）がそれぞれ示されている。図３に示される放熱モジュール４Ａは、放熱板１と、放熱板１における一方のセラミック基板３の、ヒートシンク材２とは反対側の表面に形成されるとともに、前記特定金属から選択される少なくともいずれか１種により形成されて成る金属層５Ａとを備えて成る。図４に示される放熱モジュール４Ｂは、放熱板１と、放熱板１における両方のセラミック基板３の、ヒートシンク材２とは反対側の表面それぞれに形成されるとともに、前記特定金属から選択される少なくともいずれか１種により形成されて成る金属層５Ａ，５Ｂとを備えて成る。
【００３４】
金属層５の形成方法としては、メタライズ形成を行う方法、金属板状に形成する方法等が挙げられる。
【００３５】
ここで、金属層５のメタライズ形成の方法としては、所望の金属をペースト印刷し、次いで熱処理により形成する方法、物理的蒸着法、化学的蒸着法等が挙げられる。
【００３６】
物理的蒸着法としては、熱蒸着法（真空蒸着法ともいう）、スパッタリング法、イオンプレーティング法、クラスターイオンビーム法等が挙げられる。
【００３７】
熱蒸着法としては、抵抗加熱法、フラッシュ蒸発法、アーク蒸発法、レーザー加熱法、高周波加熱法、電子ビーム加熱法、分子エピタキシー法等が挙げられる。
【００３８】
スパッタリング法としては、２極ＤＣグロー放電法、３極ＤＣグロー放電法、２極ＲＦグロー放電法、イオンビームスパッタ法、マグネトロン法等が挙げられる。
【００３９】
一方、化学的蒸着法としては、大気圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、文中ＣＶＤと略）、減圧ＣＶＤ、光ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ等が挙げられる。
【００４０】
なお、少なくとも一方のセラミック基板３の表面に接合された金属層５は、図４に示されるように、両方に金属層５が接合された場合は、一方の表面に接合された金属層５が、回路金属層５Ａとなり、他方の表面に接合された金属層５が、放熱金属層５Ｂとなる。回路金属層５Ａは、電流が導通する回路として機能する。回路金属層５Ａは、例えば、セラミック基板３の表面に金属層を形成し、その金属層の表面にエッチングレジストを形成し、次いで塩化鉄、フッ化アンモニウムによる化学エッチングにより回路パターンを現出させて形成することができる。
【００４１】
なお、放熱金属層５Ｂは、熱を外部に効率良く放出することができるようにセラミック基板３の表面に形成されていればよく、このような放熱機能が確保されている限りにおいて回路パターン等が形成されていても、形成されていなくてもよい。もっとも、放熱金属層５Ｂの外縁は、例えばエッチング等によりセラミック基板３の外周より小さくしておくのが好ましい。
【００４２】
というのは、接合後そのままの状態において、放熱金属層５Ｂの外縁がセラミック基板３の外縁と同じであり、またはセラミック基板３の外縁から突出しているとすると、セラミック基板３の外縁部において放熱金属層５Ｂとセラミック基板３とに接合隙間が生じる可能性が高く、もしもそのような接合間隙が生じているとすればその接合間隙が熱サイクルによる応力集中部となり、その接合間隙から界面剥離が発生する可能性があり、これら接合隙間をエッチングにより除去することが出来るからである。
【００４３】
一方、図３に示されるように、片方のセラミック基板３の表面にのみ金属層５が接合された場合は、この片面にのみ形成された金属層５が、回路金属層５Ａとなる。この場合、回路金属層５Ａは、電力供給用及び／又は信号電送用として機能する。この発明においては、放熱モジュールにおける金属層の厚みは、この放熱モジュールの用途により相違するが、通常０．１５〜０．６ｍｍであるのが、好ましい。
【００４４】
本発明の放熱モジュール４では、金属層５は、放熱板１上に、熱処理により接合されて成ることが好ましい。
【００４５】
ここで、熱処理の方法としては、ろう材を用いて接合する方法、ＤＢＣ法、ＳＱ法等が挙げられる。
【００４６】
［半導体実装モジュール］
本発明に係る半導体実装モジュールは、本発明に係る放熱モジュールと、この放熱モジュールにおける金属層上に接合された半導体素子とを備えて成る。図５には、本発明の実施形態に係る半導体実装モジュール６が示されている。半導体実装モジュール６は、放熱モジュール４と、放熱モジュール４における金属層５上に接合された半導体素子７とを備えて成る。ここで一例をあげて説明する半導体実装モジュール６においては、放熱モジュール４として、前記した放熱モジュール４Ａ（４）が採用されている。
【００４７】
半導体素子７は、放熱モジュール４Ａ（４）の回路金属層５Ａに、接合層１０を介して接合されている。この接合層１０は、はんだ及びろう材等により形成される。なお、半導体素子７は、公知のシリコン、ＳｉＣ半導体及び化合物半導体等のいずれかから成り、又はこれらの組み合わせから成る半導体素子を採用できる。半導体素子７としては、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が挙げられる。
【００４８】
この半導体実装モジュール６では、半導体素子７は、金属層５上に、熱処理により接合されて成ることが好ましく、はんだ付けやろう材により接合することがより好ましい。
【００４９】
この半導体実装モジュール６は、上記した放熱板１や放熱モジュール４を備えることにより、放熱板１や放熱モジュール４と同様の作用・効果を得ることができる。
【００５０】
［半導体装置］
本発明に係る半導体装置は、本発明に係る半導体実装モジュールと、この半導体実装モジュールを支持するとともに、熱を放出するベースヒートシンクとを備えて成る。図６及び図７には、本発明の実施形態に係る半導体装置８（８Ａ、８Ｂ）がそれぞれ示されている。
【００５１】
図６に示される半導体装置８Ａ及び図７に示される半導体装置８Ｂのいずれも、本発明の実施形態に係る半導体実装モジュール６と、この半導体実装モジュール６を支持するとともに、熱を放出するベースヒートシンク９とを備えて成る。
【００５２】
さらに言うと、図６に示される半導体装置８Ａ（８）においては、半導体実装モジュール６は、回路金属層５Ａとして形成された金属層５のみを片方のセラミック基板３の表面に形成して成る放熱モジュール４Ａ（４）を、備えて成る。ベースヒートシンク９と金属層５が形成されていないセラミック基板３の面とが、グリス層１１を介して、機械的に固着されている。
【００５３】
機械的な固着とは、例えばネジによる締結によるもので、放熱板１や放熱モジュール４の外周部に貫通孔もしくは面方向に凹部を設け、孔もしくは凹部でネジを締め付ける方法、並びに、放熱板１及び放熱モジュール４の外周部を枠形状の押さえ治具で押しつけることにより固着する方法等が挙げられる。上記機械的な固着において、ネジまたは押さえ治具が接する場所は、放熱板１又は放熱モジュール４の構造におけるセラミック基板が存在する場所であることが好ましい。
【００５４】
なぜならば、本発明におけるセラミック基板より突き出したベースヒートシンクは接合等の熱処理により焼鈍されているので、ベースヒートシンクにおけるセラミック基板の存在しない部位で機械的な固着を行うと、前記ベースヒートシンクは締め付け応力に耐えきれずに変形してしまい、その結果として前記ベースヒートシンクと放熱板又は放熱モジュールにおけるセラミック基板との間における十分な密着が実現されず、最終的に、充分な放熱の効果が奏されなくなることがあるからである。これに対し、上記機械的な固着において、ネジまたは治具が接する場所を、放熱板又は放熱モジュールの構造におけるセラミック基板が存在する部位にすると、前記ベースヒートシンクが締め付け応力に耐え得るようになって充分な放熱の効果を奏することができる。
【００５５】
また、半導体装置８Ｂ（８）は、図７に示されるように、半導体実装モジュール６と、半導体実装モジュール６を支持するとともに、熱を放出するベースヒートシンク９とを備えて成る。この半導体実装モジュール６は、ヒートシンク材２の一方の表面に接合されたセラミック基板３の表面に形成された金属層５としての回路金属層５Ａと、ヒートシンク材の他方の表面に接合されたセラミック基板３の表面に形成された金属層５としての放熱金属層５Ｂとを備えて成る放熱モジュール４Ｂ（４）を有する。ベースヒートシンク９と前記放熱モジュール４Ｂ（４）における放熱金属層５Ｂとが、グリス層１１を介して、機械的に固着されている。この機械的な固着は、図６に示される半導体装置８Ａにおいて説明されたのと、同様である。
【００５６】
ベースヒートシンク９は、水冷式のヒートシンクである。本発明におけるベースヒートシンクとしては、水冷式のヒートシンクに限られず、空冷式等の他のヒートシンクを用いてもよい。
【００５７】
この半導体装置８は、上記した放熱モジュール４を備えることにより、放熱板１及び放熱モジュール４と同様の作用・効果を得ることができる。この半導体装置８は、エレベータ、電気自動車、ハイブリッド自動車、電車等におけるモータ制御用インバータ等に搭載可能な大電力半導体装置として好適に使用されることができる。
【００５８】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）絶縁機能を有するセラミック基板をヒートシンク材の片面に接合して成る放熱部品では、前記セラミック基板と前記ヒートシンク材との熱膨張係数差によりヒートシンク板側に大きく凹となって放熱板として機能しなくなる。これに対し、本発明においては、ヒートシンク材２をセラミック基板３で挟み込んで成る放熱板１とすることにより、放熱時の熱による湾曲を生じることなく、大きな絶縁機能を発揮することができる。さらに、セラミック基板３上に金属層５を介して搭載された半導体素子７がその動作時に発熱すると、この半導体素子７からの熱は、セラミック基板３からヒートシンク材２に伝導し、次いでヒートシンク材２から放出されるので、放熱性の向上を図ることができる。さらに、ヒートシンク材２の端面は、セラミック基板３の端面より突出しているか、もしくは、面一であることにより、セラミック基板３同士の接触や、落下等によって、セラミック基板３の端面が欠けることがないので、製造時、加工時、輸送時、設置時、使用時等におけるハンドリングが向上する。
【００５９】
（２）ヒートシンク材２は、金属特にＣｕ及び／又はＡｌを含む場合には、熱伝導性が良いので、効率良く放熱することができる。
【００６０】
（３）ヒートシンク材２は、さらに、金属・セラミック複合材を含む場合には、セラミック基板３との熱膨張性等が同様となるので、放熱板の反りを小さくすることができる。
【００６１】
（４）放熱板１は、チッ化珪素、酸化アルミニウム、チッ化アルミニウム、及び炭化珪素から選択される少なくともいずれか１種を焼結させて成るセラミック基板３を用いているので、強度及び絶縁性の向上を達成することができる。
【００６２】
（５）セラミック基板３は、ヒートシンク材２上に、熱処理により接合されて成る。その熱処理時に、ヒートシンク材２とセラミック基板３との界面において反応が生じてヒートシンク材２とセラミック基板３とが化学的な結合により強固に接合される。したがって、例えば半導体素子７の実稼動による発熱状態から実使用環境温度例えば常温のような温度サイクルに対しても、この放熱板１は高い信頼性を有する。
【００６３】
（６）金属層５が、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＷから選択される少なくともいずれか１種の、電気伝導性の良好な金属により形成されて成ることにより、回路金属として好適に機能する。更には、前記特定の金属で形成された金属層５は、セラミック基板３に対する応力緩和の効果が大きいので、セラミック基板３との接合強度を向上させることができる。
【００６４】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は実施例の内容に限定されるものではない。
【００６５】
［放熱板に関する実験］
［実施例１〜実施例３］
使用するセラミック基板は、実施例及び比較例共に、同様のものである。このセラミック基板は、ドクターブレード法によりチッ化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）を成型し、焼結することにより得られた。そのセラミック基板の寸法は、縦２５ｍｍ、横６０ｍｍ、及び厚み０．３ｍｍであった。その熱伝導率は、６０Ｗ／ｍ・Ｋであった。一方、ヒートシンク材は、銅板であり、その寸法は、縦２５ｍｍ、横６０ｍｍ、及び厚み３ｍｍであった。
【００６６】
この接合の際には、ＣｕＳｎＴｉ系ろう材を用い、スクリーン印刷後、乾燥させた。この接合の際の加熱温度は、１０００℃であった。加熱時間は、６０分であった。圧力は、真空中（１．３３３×１０−２Ｐａ（１×１０−４Ｔｏｒｒを換算した値））であった。
【００６７】
以上のヒートシンク材及びセラミック基板を用いて、ヒートシンク材の両面にセラミック基板を接合した。さらに、ヒートシンク材の端面は、前記セラミック基板の端面より突出しているか、もしくは、面一であるようにした。なお、この接合後に、実施例１においては、セラミック基板が熱膨張係数の差異により、セラミック基板の方が、ヒートシンク材よりも突き出た状態となるため、セラミック基板の外周端面に対して研削を行って、面一となるようにした。
【００６８】
なお、実施例１における放熱板は、図２に示される構造を有していた。また、実施例２、３における放熱板は、図１の構造を有していた。
【００６９】
［実施例４〜実施例７］
実施例４〜実施例７における放熱板は、実施例１〜実施例３における放熱板とは、ヒートシンク材の素材が表１に示されるように異なる。
【００７０】
ここで、実施例４及び５において採用されているＡｌＳｉＣ複合材は、スポンジ状と称することのできるほどの多孔質状であるＳｉＣプリフォームを予め作製し、微量のＳｉ及びＭｇを含んだＡｌ溶湯を前記ＳｉＣプリフォームに含浸することにより作製された。なお、ＡｌＳｉＣ複合材から成るヒートシンク材と、セラミック基板との接合は、まずセラミック基板表面に、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｉの順に蒸着によるメタライズ（各厚み  １μｍ）を施した。その後、このメタライズ上に、ＪＩＳ  ＢＡ４１４５に規定されたろう材を用い、Ｎ２気流中で、５８０℃に６０分かけて加熱するという条件で、接合を行った。
【００７１】
また、Ｃｕ−Ｍｏ合金から成るヒートシンク材と、セラミック基板との接合は、上記したように、ＣｕＳｎＴｉ系ろう材を用い、スクリーン印刷後、乾燥させた。この接合の際の加熱温度は、１０００℃である。加熱時間は、６０分であった。圧力は、真空中（１．３３３×１０−２Ｐａ（１×１０−４Ｔｏｒｒを換算した値））であった。
【００７２】
なお、実施例４における放熱板は、図２に示される構造を有していた。また、実施例５〜７における放熱板は、図１に示される構造を有していた。
【００７３】
［比較例１〜比較例８］
一方、比較例１〜比較例４における放熱板は、ヒートシンク材の端面が、セラミック基板の端面より突出しておらず、しかも、面一でないように形成された。さらに、比較例１、２、６、８における放熱板においては、ヒートシンク材の片面にのみセラミック基板を接合しており、比較例３、４、５、７における放熱板においては、ヒートシンク材の両面にセラミック基板を接合して成る。
【００７４】
［放熱板に関する評価方法及び評価結果］
前述した実施例１〜実施例７及び比較例１〜比較例８における放熱板を以下の方法により評価し、その評価結果を各製造条件とともに、表１に示す。なお、「−」は、該当するものがないことを意味している。
【００７５】
［反り量］
各実施例及び比較例における放熱板の反り量は、レーザ式表面変位計により図１０に示されるような面全体の変位を測定し、（面全体の変位／取り付けピッチ間の距離）の計算式により算出した。
【００７６】
［耐衝撃テスト］
各実施例、比較例における放熱板につき、耐衝撃テストを行った。耐衝撃テストは、傾け衝突テスト及び落下テストからなる。まず、５０ｃｍ角のトレーに各サンプル１０個を入れ、このトレーを水平から約４５度程度まで傾ける動作を５０回行って、サンプル同士を衝突させた（傾け衝突テスト）。その後、上記傾け衝突テストで用いたサンプル１０個を１個づつ、平らな面を地面に向けて、約３０ｃｍの高さより地面に落下させた（落下テスト）。以上の耐衝撃テストにおいて、セラミック基板の欠けが生じたらＮＧ、生じなければＯＫとした。
【００７７】
【表１】
2005019875.tif 000003
【００７８】
以上の表１によれば、比較例１、２、６及び８に示されるように、ヒートシンク材の片面にのみセラミック基板を接合したものは反りが大きく、実用上、放熱板として用いることができない。また、実施例１〜実施例７における放熱板は、比較例１〜比較例８におけるものと比較して、反り量、耐衝撃テストの結果が良好であることがわかった。したがって、放熱板のヒートシンク材の端面が、セラミック基板の端面より突出しているか、もしくは、面一であれば、製造工程などにおけるハンドリングが良好になる。
【００７９】
［放熱モジュールに関する実験］
［実施例８〜実施例１３］
一方、上記［放熱板に関する実験］において用いた放熱板に回路金属層、放熱金属層を形成した。両方のセラミック基板の表面に接合された金属層は、一方の表面に接合された金属層が、回路金属層となり、他方の表面に接合された金属層が、放熱金属層となる。回路金属層は、エッチングレジストを用い、塩化鉄及びフッ化アンモニウム等による化学エッチングにより形成された回路パターン層である。なお、放熱金属層は、回路パターン層に形成されていない。
【００８０】
ここで、実施例８〜１３における放熱モジュールは、ヒートシンク材の端面が、セラミック基板の端面より突出しているか、もしくは、面一であるように形成された。
【００８１】
以上のように、以下の表２に示す各条件で、放熱モジュールを作成した後、半導体素子を回路金属層にはんだ付けにより接合し、次いでワイヤボンディングを行った。
【００８２】
［比較例９〜比較例１５］
比較例における放熱モジュールは、ヒートシンク材の端面がセラミック基板の端面より突出しておらず、しかも、面一でないようにした外は、実施例８〜実施例１３における放熱モジュールと同様にして、以下の表２に示す各条件で、作成された。
【００８３】
［放熱モジュールに関する評価方法及び評価結果］
前述した実施例８〜実施例１３及び比較例９〜比較例１５で得られた放熱モジュールを以下の方法により評価し、その評価結果を各製造条件とともに、表２に示す。なお、「−」は、該当するものがないことを意味している。また、「接合構造」において、例えば、３は、図３に示される放熱モジュールの構造であることを意味する。
【００８４】
さらに、「接合構造８」は、図８に示されるような従来の放熱モジュール１２の構造である。
【００８５】
また、「接合構造９」は、図９に示されるような従来の放熱モジュール１６の構造である。
【００８６】
［反り量］
放熱板の反り量を測定したのと同様の手法で反り量を算出した。
【００８７】
［耐衝撃テスト］
放熱板についての耐衝撃テストと同様にして各実施例、比較例の放熱モジュールにつき耐衝撃テストを行った。
【００８８】
［半導体素子温度］
各実施例、比較例の放熱モジュールを使用し、水温２５℃に制御された水冷のベースヒートシンクを半導体素子が接合された面とは反対側の面に固着した。その後、半導体素子に１５０Ｗの電気的負荷をかけて、その半導体素子の温度を測定し、放熱性に関する評価を行った。
【００８９】
【表２】
2005019875.tif 000004
【００９０】
以上の表２によれば、実施例８〜実施例１３における放熱モジュールは、比較例９〜比較例１５における放熱モジュールと比較して、反り量、半導体素子温度の結果が略同様であるものの、耐衝撃テストにおいて、より良好であることがわかった。したがって、放熱モジュールにおけるヒートシンク材の端面が、セラミック基板の端面より突出しているか、もしくは、面一であることによって、製造工程の簡略化における効果を維持しつつ、製造工程におけるハンドリングが良好になる。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、放熱性の向上、製造工程の簡略化、及び製造工程におけるハンドリングに優れた放熱板、放熱モジュール、半導体実装モジュール、及び半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る放熱板の概略的な断面図（ヒートシンク材の端面が、セラミック基板の端面より突出している状態）を示す概略説明図である。
【図２】図２は、本発明に係る放熱板の概略的な断面図（ヒートシンク材の端面が、セラミック基板の端面と面一である状態）を示す概略説明図である。
【図３】図３は、本発明に係る放熱モジュールの概略断面図である。
【図４】図４は、本発明に係る第１の変形例の放熱モジュールの概略断面図である。
【図５】図５は、本発明に係る半導体実装モジュールの概略断面図である。
【図６】図６は、本発明に係る半導体装置の概略断面図である。
【図７】図７は、本発明に係る第１の変形例の半導体装置の概略断面図である。
【図８】図８は、従来の放熱モジュールの概略断面図である。
【図９】図９は、従来の他の放熱モジュールの概略断面図である。
【図１０】図１０は、反り量を示す為の概略説明図である。
【符号の説明】
１    放熱板
２    ヒートシンク材
３    セラミック基板
４    放熱モジュール
４Ａ    放熱モジュール
４Ｂ    放熱モジュール
５    金属層
５Ａ    回路金属層
５Ｂ    放熱金属層
６    半導体実装モジュール
７    半導体素子
８    半導体装置
８Ａ    半導体装置
８Ｂ    半導体装置
９    ベースヒートシンク
１０    接合層
１１    グリス層
１２    放熱モジュール
１３    ヒートシンク材
１４    基板
１５    金属層
１６    放熱モジュール
１７    ヒートシンク材
１８    セラミック基板
１９    回路金属層
２０    放熱金属層
２１    接合層
【図１】
2005019875.tif 000005
【図２】
2005019875.tif 000006
【図３】
2005019875.tif 000007
【図４】
2005019875.tif 000008
【図５】
2005019875.tif 000009
【図６】
2005019875.tif 000010
【図７】
2005019875.tif 000011
【図８】
2005019875.tif 000012
【図９】
2005019875.tif 000013
【図１０】
2005019875.tif 000014